Oriental Motor


วิธีการคำนวณค่าโมเมนต์ของลิเนียร์แอคชูเอเตอร์

ลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าเป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการประกอบรวมกันระหว่างระบบกลไกเชิงเส้นและมอเตอร์ไฟฟ้า ด้วยการที่ถูกประกอบมาล่วงหน้า ส่งผลให้ง่ายในการออกแบบเครื่องจักร ลดเวลาในการติดตั้ง และมีคุณภาพสูง

ในขณะที่แอคชูเอเตอร์กำลังทำงาน โมเมนต์ที่เกิดขึ้นนั้นจะไม่มีเพียงแค่โมเมนต์จากแรงโน้มถ่วงเท่านั้น แต่จะมีโมเมนต์ที่เกิดจากความเร่งและหน่วงของโหลดด้วย เนื่องจากโมเมนต์นั้นสามารถทำให้แอคชูเอเตอร์เสียหายได้ ในการใช้งานจะต้องไม่เกินกว่าสเป็คที่กำหนด แต่การคำนวณหาโมเมนต์ที่เกิดขึ้นบนลิเนียร์แอคชูเอเตอร์นั้นเป็นเรื่องที่ซับซ้อนและใช้เวลา

บทความนี้อธิบายวิธีการคำนวณหาโมเมนต์ขั้นพื้นฐานและจะทำให้การเลือกแอคชูเอเตอร์ทำได้ง่ายขึ้น

1. บทนำ
การรวมส่วนประกอบเชิงกลเชิงเส้น ลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าจึงเป็นประโยชน์ต่อวิศวกรผู้ออกแบบ ซึ่งสามารถลดเวลาในการออกแบบติดตั้ง และ ปรับอุปกรณ์ให้สั้นลงได้ (รูปที่ 1)

เมื่อลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้ากำลังดำเนินงานโมเมนต์เกิดขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่กระทำกับโหลด และ การเร่งความเร็วของโหลดเนื่องจากช่วงเวลาที่โหลดมีผลอย่างมากต่ออายุการใช้งานของแอคชูเอเตอร์ จึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าอยู่ในข้อกำหนดของแอคชูเอเตอร์ อย่างไรก็ตามการคำนวณโหลดโมเมนต์ของลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าอาจมีความซับซ้อน และ ใช้เวลานานเนื่องจากโดยทั่วไปแล้วทิศทางการติดตั้งและการเคลื่อนที่จะถูกพิจารณาด้วย

ลิเนียร์สไลด์ไฟฟ้า และ ไซลินเดอร์

2. การเลือกลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ (แนวคิดของลีดโมเมนต์)
รูปที่ 2 แสดงขั้นตอนของการเลือกลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ ขั้นแรกตรวจสอบขนาดและมวลที่เคลื่อนย้ายได้ของลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ จากนั้นตรวจสอบเวลาในการกำหนดตำแหน่งเพื่อกำหนดเงื่อนไขการทำงานที่ตรงตามเวลากำหนดตำแหน่งที่ต้องการ สุดท้ายให้ตรวจสอบว่าช่วงเวลาที่ใช้กับแอคชูเอเตอร์อยู่ในช่วงที่ปลอดภัยหรือไม่

การเลือกลิเนียร์แอคชูเอเตอร์

3. โครงสร้างของลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า
ตัวอย่างการใช้ EAS ซีรี่ส์ รูปที่ 3 โครงสร้างของลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า รูปที่ 4 โครงสร้างหน้าตัด

โหลดที่ใช้กับถาดรับโหลดและโหลดโมเมนต์ทั้งหมดได้รองรับโดยลิเนียร์ไกด์ซึ่งประกอบด้วยรางไกด์และบล็อกไกด์

โหลดเหล่านี้มีผลต่ออายุการใช้งานของลิเนียร์ไกด์ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาในระหว่างกระบวนการเลือกใช้

โครงสร้างของลิเนียร์แอคชูเอเตอร์

 โครงสร้างของลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า โครงสร้างหน้าตัด

4. โมเมนต์ที่เกิดกับตัวแอคชูเอเตอร์
โมเมนต์ที่เกิดกับตัวแอคชูเอเตอร์ซึ่งมีคำอธิบายทางด้านล่าง

4.1. โมเมนต์ที่เกิดกับตัวแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า
ในรูปที่ 5 แสดง เมื่อจุดศูนย์ถ่วงของภาระที่บรรทุกเกินจากจุดกึ่งกลางของถาดรับโหลด โมเมนต์จะเกิดจากจุดกึ่งกลางของถาดเป็นจุดรองรับ โมเมนต์ที่เกิดกับตัวแอคชูเอเตอร์สามารถหาได้จากสูตรต่อไปนี้

โมเมนต์ที่เกิดกับตัวแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า

จากจุดนี้ไปข้างหน้าความเร่งโน้มถ่วงจะถือว่าเป็น 9.807 เมตร/วินาที² ในบทความนี้

ตัวอย่างโมเมนต์ที่เกิดกับตัวแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า

4.2. ทิศทางโมเมนต์
ทิศทางของช่วงเวลาที่ใช้กับลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้ามีสามทิศทางที่แตกต่างกัน: ทิศทางการขว้าง(Pitching) ทิศทางการหาว (Yawing)และทิศทางการหมุน (Rolling) (ดูรูปที่ 6) จุดรองรับโมเมนต์อยู่ที่ผิวหน้าด้านล่าง (พื้นผิวการติดตั้ง) ของแอคชูเอเตอร์และตรงกลางถาด

ทิศทางโมเมนต์ลิเนียร์แอคชูเอเตอร์

4.3. ทิศทางโมเมนต์จากการติดตั้งทิศทาง
ทิศทางของโมเมนต์ที่ใช้กับแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับสภาพการติดตั้งของโหลดและทิศทางการติดตั้งของแอคชูเอเตอร์เอง รูปที่ 7 แสดงให้เห็นว่าทิศทางของโมเมนต์เปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อทิศทางการติดตั้งของแอคชูเอเตอร์เปลี่ยนไปภายใต้เงื่อนไขการติดตั้งเดียวกันของโหลด

ทิศทางโมเมนต์จากการติดตั้งทิศทาง

4.4. โมเมนต์แบบคงที่ และ โมเมนต์แบบไดนามิก
4.4.1. โมเมนต์แบบคงที่

โมเมนต์ที่ใช้กับลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้าที่หยุดอยู่เรียกว่าโมเมนต์สแตติก ค่าที่อนุญาตของโมเมนต์แบบคงที่ของตัวลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ เรียกว่าโมเมนต์ที่อนุญาตแบบคงที่ และ กำหนดโดยปัจจัยความแข็งแรงเชิงกลของลิเนียร์ไกด์และถาด เมื่อมีการใช้แรงภายนอกในขณะที่แอคชูเอเตอร์หยุดทำงานจำเป็นต้องตรวจสอบว่าโมเมนต์แบบคงที่อยู่ในช่วงที่อนุญาตในแต่ละทิศทางหรือไม่

4.4.2. โมเมนต์ที่อนุญาตแบบไดนามิก
โมเมนต์ที่ใช้กับแอคชูเอเตอร์ขณะขนส่งภาระเรียกว่าโมเมนต์ไดนามิก เนื่องจากการเร่งความเร็วถูกนำไปใช้ในระหว่างการดำเนินการ โมเมนต์จะถูกนำไปใช้โดยขึ้นอยู่กับระยะห่างจากถาด

วิธีการคำนวณของโมเมนต์ในแต่ละทิศทางเมื่อขนส่งภาระ รูปที่ 8 จะแสดงในสูตรการดำเนินการ

แต่ละจุดในรูปที่ 8 ระบุความหมายดังนี้:

โมเมนต์แบบไดนามิก

มวลของแขนและตำแหน่งของจุดศูนย์ถ่วงจะถูกละไว้ในรูปนี้

ตัวอย่างโมเมนต์ที่อนุญาตแบบไดนามิก

สูตร 2 คำนวณโมเมนต์ทิศทาง Pitching สูตร 3 คำนวณโมเมนต์ทิศทาง Yawing และสูตร 4 จะคำนวณโมเมนต์ทิศทางการหมุน (Rolling)

โมเมนต์ทิศทาง

คำนวณอัตราส่วนโดยการหารค่าโมเมนต์ที่คำนวณโดยสูตรเหล่านี้ (2) (3) และ (4) ด้วยโมเมนต์ที่อนุญาตแบบไดนามิกในแต่ละทิศทางซึ่งเป็นข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์ จากนั้นเพิ่มอัตราส่วนโมเมนต์ที่คำนวณได้ทั้งหมดในแต่ละทิศทาง ถ้าผลรวมมีค่าน้อยกว่า 1 ดังที่แสดงในสูตรโมเมนต์ (5) ก็สามารถใช้ได้

โมเมนต์ที่อนุญาตแบบไดนามิก

5. ตัวอย่างการคำนวณโมเมนต์ของโหลดของ ลิเนียร์แอคชูเอเตอร์แบบเเกนเดียว
ในส่วนนี้จะมีการอธิบายตัวอย่างการคำนวณโมเมนต์โหลดตามทิศทางการติดตั้ง ใช้แกนเดียวเป็นตัวอย่าง ต่อไปนี้แสดงตัวอย่างการคำนวณของโมเมนต์โหลดเมื่อเลือก EASM4XD020ARAC ที่มีความกว้างของสไลด์ 45 มม. (1.771 นิ้ว) และความสูงของตาราง 60 มม. (2.362 นิ้ว):

5.1. เมื่อติดตั้งในแนวนอน
รูปที่ 9 แสดงการติดตั้งลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ในแนวนอนโดยมีภาระมากในทิศทางของแกน Y โมเมนต์ที่อนุญาตแบบไดนามิก แสดงไว้ด้านล่าง:

ทิศทางในแนวนอน

จุดศูนย์ถ่วงของโหลดจากแอคชูเอเตอร์และระยะทางที่ยื่นออกมาของจุดศูนย์ถ่วงของแขนแสดงไว้ด้านล่าง:

จุดศูนย์ถ่วง

มวลภาระ, มวลแขน และ ความเร่งแสดงไว้ทางด้านล่าง:

มวลภาระ, มวลแขน และ ความเร่ง

ตัวอย่างการคำนวณโมเมนต์แบบไดนามิกของแอคชูเอเตอร์ (แนวนอน)

จากผลลัพธ์โมเมนต์นั้นอยู่ในโมเมนต์ที่อนุญาตแบบไดนามิกดังนั้นจึงสามารถใช้ได้

5.2. เมื่อติดตั้งในแนวตั้ง
รูปที่ 10 แสดงตัวอย่างการคำนวณของโมเมนต์ไดนามิก เมื่อลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ถูกติดตั้งในแนวตั้ง ขนาดการติดตั้งโหลด และ สภาวะการทำงานเหมือนกับ 5.1 ทุกประการ

ตัวอย่างการคำนวณโมเมนต์แบบไดนามิกของแอคชูเอเตอร์ (แนวตั้ง)

โมเมนต์ทิศทางการหมุน MR ไม่ได้ใช้ได้ ดังนั้นค่าเป็น 0 [N·m] จากสูตรโมเมนต์ที่อนุญาต (5):

สูตรโมเมนต์คงที่

จากผลลัพธ์โมเมนต์นั้นอยู่ในโมเมนต์ที่อนุญาตแบบไดนามิกดังนั้นจึงสามารถใช้ได้

6. วิธีการคำนวณการโหลดโมเมนต์เมื่อรวม 2 แกน
ต่อไปเป็นตัวอย่างของการรวม 2 แกนจะมีการอธิบายการคำนวณโมเมนต์โหลดของการรวม X-Y ของแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า

ด้วยแกนผสมรวมกัน X-Y , แกน Y แรก ถูกคำนวณก่อนเพื่อพิจารณาว่าแกน Y สามารถใช้งานได้หรือไม่ จากนั้นสำหรับการคำนวณโหลดโมเมนต์ของแกน X โหลดโมเมนต์ของมวลรวมของแกน Y และโหลดโมเมนต์ที่สร้างขึ้นเมื่อแกน Y เร่งความเร็วเพื่อถ่ายโอนโหลดจะถูกเพิ่มเข้าไปในการคำนวณ

รูปที่ 11 แสดงตัวอย่างการรวม X-Y ของ EASM6XD030ARAK สไลด์แกน X และ EASM4YD020ARAK รวมอยู่บนแกน Y. แกน Y ได้รับการติดตั้งบนแผ่นยึดแกน Y จากนั้นยึดบนตารางแกน X

การรวมกันของแอคชูเอเตอร์ X-Y

1) การคำนวณโมเมนต์โหลดสำหรับแกน Y
ขั้นแรกให้คำนวณโมเมนต์โหลดที่ใช้กับแกน Y (ดูรูปที่ 12) ช่วงเวลาที่อนุญาตแบบไดนามิกของแอคชูเอเตอร์แกน Y EASM4YD020ARAK แสดงไว้ด้านล่าง

สูตรโมเมนต์ที่อนุญาต

ระยะห่างของจุดศูนย์ถ่วงรับน้ำหนักจากแกน Y มวลโหลดและอัตราการเร่งของแกน Y แสดงดังนี้

การคำนวณโมเมนต์โหลดสำหรับแกน Y

เนื่องจากช่วงเวลาที่ MY ไม่ได้ใช้กับทิศทาง Yawing จึงเป็น 0 [N · m]

ช่วงเวลาที่นําไปใช้กับทิศทางการหมุน

จากสูตรโมเมนต์ที่อนุญาต (5):

จากสูตรโมเมนต์ที่อนุญาต

โมเมนต์ของแกน Y อยู่ในช่วงเสปค ดังนั้นจึงสามารถใช้งานได้

2) การคำนวณโมเมนต์โหลดสำหรับแกน X
จากนั้นจะคำนวณโหลดโมเมนต์ที่ใช้กับสไลด์แกน X โมเมนต์ที่อนุญาตแบบไดนามิกของสไลด์แกน X  EASM6XD030ARAK

ทิศทางแกน X

โหลดจากแกน X จุดโน้มถ่วงของแกน Y และระยะห่างของจุดศูนย์ถ่วงรับน้ำหนักของแผ่นสไลด์แกน Y แสดงดังนี้

จุดศูนย์ถ่วงแกน X และ Y

มวลของถาดคงที่แกน Y มวลของสไลด์แกน Y และการเร่งความเร็วในการทำงานของแกน X จะแสดงดังต่อไปนี้

รูปที่ 13 แสดงลูกศร A ในรูปที่ 11 และรูปที่ 14 แสดงลูกศร B ในรูปที่ 11

ลุกศร A

ลูกศร B

เมื่อคำนวณโหลดโมเมนต์ให้จำลองเงื่อนไขของโหลดโมเมนต์ที่ใช้กับแกน X ที่ค่าสูงสุดและคำนวณภายใต้เงื่อนไขเมื่อ Y1 อยู่ที่จุดสูงสุด

ทิศทางโมเมนต์

โมเมนต์ที่ใช้กับแกน X อยู่ต่ำกว่าค่าสเปค ดังนั้นจึงสามารถใช้ได้ จากการค้นพบทั้งแกน X และ Y ตรงตามโมเมนต์ที่อนุญาตแบบไดนามิกตามลำดับดังนั้นจึงมีการพิจารณาว่าสามารถใช้งานได้ ขั้นตอนเดียวกันของการคำนวณจะถูกนำมาใช้สำหรับชุดค่าผสม X-Y-Z พร้อมกับการเพิ่มแกน Z เริ่มคำนวณโมเมนต์จากแกนปลายสุดซึ่งก็คือแกน Z จากนั้นเลื่อนไปที่แกน Y และแกน X

7. การเบี่ยงเบนของเมื่อโมเมนต์ถูกนำไปใช้กับถาด
เมื่อใช้โมเมนต์กับสไลด์ ถาดจะเอียงไปในทิศทางของโมเมนต์ ความเอียงนี้ทำให้เกิดโมเมนต์ไปยังตำแหน่งที่ยื่นออกมา ตารางที่ 1 แสดงปริมาณการโก่งตัวเมื่อใช้ช่วงเวลาที่อนุญาตแบบไดนามิกในแต่ละทิศทางกับตารางสไลด์ EAS ซีรี่ส์ ดังแสดงในรูปที่ 15 การวัดจะทำที่ตำแหน่งโอเวอร์ฮัง 100 มม. (3.94 นิ้ว) จากตรงกลางของตาราง และค่านี้ใช้สำหรับการอ้างอิงเท่านั้น

การเบี่ยงเบนของเมื่อโมเมนต์ถูกนำไปใช้กับถาด

การเบี่ยงเบนของเมื่อโมเมนต์ถูกนำไปใช้กับแผนผังถาด

ตารางโมเมนต์ที่อนุญาตแบบไดนามิก

8. การคำนวณโหลดโมเมนต์สำหรับไซลินเดอร์ชนิดขับด้วยมอเตอร์
เมื่อใช้ไซลินเดอร์ชนิดขับด้วยมอเตอร์จำเป็นต้องติดตั้งไกด์จากภายนอกเพื่อรองรับแกนเพื่อให้สามารถรองรับการโหลดโมเมนต์ได้ นอกจากนี้ยังมีซีรีส์ของกระบอกสูบไฟฟ้าพร้อมไกด์ (แกนนำ) ที่สามารถใช้งานได้ในขณะที่ใช้โหลดกับแกน (โปรดดูรูปที่ 16) ในส่วนนี้จะมีการอธิบายตัวอย่างการคำนวณของโหลดโมเมนต์สำหรับกระบอกสูบไฟฟ้าพร้อมคำแนะนำ

ลิเลียร์ไซลินเดอร์ไฟฟ้าชนิดขับด้วยมอเตอร์พร้อมไกด์

8.1. เมื่อโมเมนต์ถูกนำไปใช้กับไซลินเดอร์ชนิดขับด้วยมอเตอร์พร้อมไกด์
สำหรับไซลินเดอร์ชนิดขับด้วยมอเตอร์พร้อมไกด์จะมีโมเมนต์เกิดขึ้นแต่ละทิศทางเหมือนลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า รูปที่ 17 แสดงทิศทางโมเมนต์ที่ใช้กับไซลินเดอร์ชนิดขับด้วยมอเตอร์พร้อมไกด์

โมเมนต์โหลดของไซลินเดอร์ขับด้วยมอเตอร์พร้อมไกด์

8.2. การคำนวณโมเมนต์โหลดของไซลินเดอร์ขับด้วยมอเตอร์พร้อมไกด์
8.2.1. การขับโหลดในทิศทางแนวตั้ง

ตัวอย่างการคำนวณของโมเมนต์โหลดที่เกิดกับไซลินเดอร์ขับด้วยมอเตอร์ที่มีไกด์ในกรณีขับโหลดในแนวตั้งแสดงไว้ด้านล่าง ดังต่อไปนี้แสดงในรูปที่ 18

เงื่อนไขช่วงเวลาโหลด

ไซลินเดอร์ไฟฟ้าพร้อมไกด์

ดังแสดงในรูปที่ 18 เมื่อระบุโมเมนต์ทิศทาง MP ที่เกิดขึ้นเชิงเส้นที่ติดตั้งในแนวตั้งสามารถคำนวณได้ด้วยสูตรต่อไปนี้ (6)

Pitching Direct Moment Equation

นี่เป็นการยืนยันว่าค่าที่คำนวณได้ของโมเมนต์ทิศทาง MP อยู่ภายในช่วงของไดนามิกโมเมนต์ที่อนุญาต

8.2.2. การถ่ายโอนโหลดในทิศทางแนวนอน
ไซลินเดอร์ขับด้วยมอเตอร์ตามที่แสดงในรูปที่ 18 ตำแหน่งโฮมจะถูกเซ็ตเมื่อก้านได้ถูกติดตั้งเข้าไปจนสุด รูปที่ 19 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างระยะการวางตำแหน่งและโหลดที่ขนส่งได้เมื่อขับโหลดในแนวนอน

ภาระของโหลดในแนวนอนมีน้ำหนักโหลดเองและน้ำหนักตัวของไซลินเดอร์ขับด้วยมอเตอร์และแกนไกด์ด้วย สิ่งนี้ถูกนำไปใช้เพื่อคำนวณเป็นค่าโมเมนต์ แง่มุมเหล่านี้ได้รับการพิจารณาและรวมอยู่ในรูป

ไซลินเดอร์ไฟฟ้าเคลื่อนที่ภาระในแนวนอน

ไซลินเดอร์ไฟฟ้าระหว่างระยะห่างของตำแหน่งและมวลที่ขนส่งได้เมื่อแนวนอน

9. สรุป
แนวคิดและขั้นตอนของวิธีการคำนวณภาระโมเมนต์สำหรับลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า และ ไซลินเดอร์ขับด้วยมอเตอร์ได้อธิบายไว้ในบทความนี้ ด้วยอุปกรณ์จริงซึ่งจะมีเงื่อนไขของอุปกรณ์หลายประเภทและเงื่อนไขการขับเคลื่อนสำหรับลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า และ ไซลินเดอร์ขับด้วยมอเตอร์ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องยากมากที่จะอธิบายสภาพการทำงานทั้งหมด ทาง โอเรียนทัล มอเตอร์แนะนำว่าลูกค้าควรคำนวณตามสภาพการใช้งาน แล ะสามารถสอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่สำนักงานขายของเราที่ใกล้ที่สุด

ศูนย์บริการลูกค้า

สำหรับประเทศสิงคโปร์: 1800-842-0280

สำหรับประเทศมาเลเซีย: 1800-806-161

สำหรับประเทศไทย: 1800-888-881

สำหรับประเทศอินเดีย: 1800-120-1995

สำหรับประเทศอื่นๆ: +65-6745-7344

 

เวลาเปิดทำการ

จันทร์ - ศุกร์: 8:30 AM - 5:30 PM

วันเสาร์/วันอาทิตย์/วันหยุดนักขัตฤกษ์: ปิดทำการ

 

ลิเนียร์แอคชูเอเตอร์ไฟฟ้า